JP2011169233A - Variable nozzle structure of turbine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、タービンの可変ノズル構造に関する。 The present invention relates to a variable nozzle structure for a turbine.
タービンの可変ノズルは、ターボチャージャーなどの過給機のタービンケース内に、タービンインペラの径方向外方に位置して、周方向に間隔を隔てて複数のベーンを配設し、タービンインペラへのガス流量に応じて各ベーンの角度を変更することで効率を高めるものである。 The variable nozzle of the turbine is located radially outside the turbine impeller in a turbocharger turbine case such as a turbocharger, and a plurality of vanes are arranged at intervals in the circumferential direction. The efficiency is improved by changing the angle of each vane according to the gas flow rate.
一般に可変ノズル4を備えた過給機1は、図5(A)〜(D)に示すようにエンジン(図示せず)から排出される排気ガスが、タービンケース10のスクロール通路12で周方向に分配されながらタービンインペラ2の入り口に周方向に間隔を隔てて配設された複数のベーン40からなる可変ノズル4の間を通り、タービンインペラ2を回転させながら排気口13より排出される。タービンインペラ2が回転することで回転軸20が回転し、回転軸20の先に設けられたコンプレッサインペラ(図示せず)も回転し、外部からコンプレッサケース(図示せず)に導かれた空気が加圧されてエンジンに過給される。
In general, in the
このとき、ベーン40を適宜回動させることによりベーン40,40間の流路面積を任意に調節できる。
At this time, the flow passage area between the
エンジンが低回転状態のときは、ベーン40を図5(D)の実線の状態に回動してベーン40,40間のスロート幅W1を狭めて開口面積を小さくすることで、排気ガスの流れを増速して過給効率を上げる。エンジンが高回転状態のときは、ベーン4を図5(D)の点線の状態に回動してベーン40,40間のスロート幅W2を広げて開口面積を大きくすることでベーン40間におけるチョーク(詰まり)を防止するようになっている。
When the engine is in a low rotation state, the
ベーン40は、図5(A)に示すようにタービンケース10に設けられたシュラウド3とタービンケース10のハブ14とで形成されるリング状の空間からなる環状ガス流路15に、支持軸41,42を介して回動自在に配置されており、ベーン40が適宜回動することができるように、ベーン40翼端面とシュラウド3との間、ベーン40翼端面とハブ14との間には多少のクリアランスを有している(特許文献1の図4、特許文献2の図3、図5)。
As shown in FIG. 5A, the
ところで、環状ガス流路15を通ってタービンインペラ2を回転させる排気ガスの流れは、図5(B)〜(D)の矢印aで示すようにベーン40の表面に沿った流れである。
By the way, the flow of the exhaust gas that rotates the
これに対し、ベーン40翼端面と、シュラウド3及びハブ14との間に設定されたクリアランスより漏出するガスの流れ方向は、図5(B)、(D)の矢印bで示すようにベーン40を横切る方向(支持軸41,42の軸線方向)である。
On the other hand, the flow direction of the gas leaked from the clearance set between the
このため、クリアランスより漏出するガスは、ベーン40の表面を流れる排気ガスと交差しており、タービンインペラ2に流入する排気ガスの流れが不安定となり、排気ガスの持つエネルギーがタービンインペラ2に有効に伝達されず、特に小流量時においてタービンの効率が低下するという問題を有する。
For this reason, the gas leaked from the clearance intersects with the exhaust gas flowing on the surface of the
そこで、本発明の目的は、タービン効率を低下させないタービンの可変ノズル構造を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a variable nozzle structure for a turbine that does not lower the turbine efficiency.
上記課題を解決するために本発明のタービンの可変ノズル構造は、タービンケース内に、タービンインペラの径方向外方に位置して、タービンケースのシュラウドとハブとの間を支持軸で掛け渡すように形成されたベーンを周方向に間隔を隔てて回動可能に複数設けたタービンの可変ノズル構造であって、前記各ベーンのシュラウド側の翼端面に少なくとも翼端面の一部と密着する支持部材を設けたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the variable nozzle structure for a turbine according to the present invention is located in the turbine case at a position radially outward of the turbine impeller and spans between a shroud of the turbine case and a hub by a support shaft. A variable nozzle structure for a turbine in which a plurality of vanes formed on the blade are rotatably provided at intervals in the circumferential direction, and a support member that closely contacts at least a part of the blade end surface with the blade end surface on the shroud side of each vane Is provided.
上記構成によれば、ベーンのシュラウド側の翼端面に少なくとも翼端面の一部と密着する支持部材が設けられているので、ベーンの一部とシュラウドとの間にはクリアランスがなく、排気ガスがシュラウド側から漏出するのを減少させることができる。 According to the above configuration, since the support member that is in close contact with at least part of the blade end surface is provided on the blade end surface on the shroud side of the vane, there is no clearance between the part of the vane and the shroud, and the exhaust gas does not flow. Leakage from the shroud side can be reduced.
また前記支持部材が円柱体であり、該円柱体に前記支持軸が偏芯して取り付けられるのが好ましい。 Moreover, it is preferable that the support member is a cylindrical body, and the support shaft is eccentrically attached to the cylindrical body.
上記構成によれば、製造が容易である。 According to the said structure, manufacture is easy.
また前記シュラウドに、前記支持部材を前記支持軸を中心に回動可能に嵌装する凹部を形成するのが好ましい。 Moreover, it is preferable to form a recess in the shroud for fitting the support member so as to be rotatable about the support shaft.
上記構成によれば、ベーンが支持部材と共に支持軸を中心に回動することができる。 According to the said structure, a vane can be rotated centering on a support shaft with a support member.
また前記円柱体を、前記ベーンの翼端面の上流側に設けるのが好ましい。 Moreover, it is preferable to provide the said cylindrical body in the upstream of the blade end surface of the said vane.
上記構成によれば、排気ガスがベーンの上流側においてシュラウド側から漏出することがない。 According to the above configuration, the exhaust gas does not leak from the shroud side on the upstream side of the vane.
本発明によれば、タービン効率を低下させないようにすることができる。 According to the present invention, turbine efficiency can be prevented from decreasing.
本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。 A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
なお、図1〜図4(本実施形態)中、図5 (従来例)で示した部材と同等の機能を有する部材については同一の符号を付して説明する。 1 to 4 (this embodiment), members having the same functions as those shown in FIG. 5 (conventional example) will be described with the same reference numerals.
図1〜図4に示すように、過給機1のタービン部は、タービンインペラ2を収納するタービンケース10、可変ノズル4等から構成されている。タービンインペラ2から延出する回転軸20は、軸受ケース21に回転自在に支持されており、回転軸20の先に図示してないが、コンプレッサインペラが結合し、タービンインペラ2とコンプレッサインペラが一体に回転するようになっている。
As shown in FIGS. 1 to 4, the turbine section of the
タービンケース10には、排気ガスを周方向に分配するためのスクロール通路12が形成され、またタービンインペラ2と同軸に排気口13が形成される。
A
さらにタービンケース10には、内側に突出する環状のハブ14が形成され、またタービンインペラ2のブレード形状に沿って形成されたシュラウド3が設けられている。
Further, the
シュラウド3は、回転軸20と平行な円筒部30とこれと直交するフランジ部31を有しており、フランジ部31はハブ14との間に所定の間隔があけられている。フランジ部31には、環状凹部31aが形成され、この環状凹部31aに環状支持部材32がフランジ部31と同一平面で嵌め込まれている。
The
フランジ部31及び環状支持部材32と、ハブ14とでリング状の空間からなる環状ガス流路15が形成され、環状ガス流路15に可変ノズル4が配設される。可変ノズル4は、タービンインペラ2の径方向外方であって、周方向に間隔をおいて配設される多数の羽根状のベーン40からなる。
An annular
ベーン40には、図1及び図2に示すように、ベーン40を回動させるための支持軸41,42が回転軸20と平行に設けられており、支持軸41はハブ14に回動自在に支持され、支持軸42は環状支持部材32を貫通してシュラウド3のフランジ部31(または環状支持部材32)に回動自在に支持されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, support
本発明の特徴は、排気ガスがシュラウド3側からベーン40を横切って漏れるのを、特に小流量時において減少させることにある。
A feature of the present invention resides in reducing exhaust gas leakage across the
これを実現させるために本発明は、ベーン40のシュラウド3側の翼端面45に少なくとも翼端面45の一部と密着する支持部材43を設けている。すなわち、図1及び図2に示すようにベーン40には、シュラウド3のフランジ部31に対する翼端面45に、例えば円柱体等の支持部材43が密着して設けられている。このため支持部材(以下、円柱体という)43が設けられている箇所は、円柱体43の端面43aとベーン40の翼端面45とのクリアランスが零となっている。
In order to realize this, in the present invention, a
円柱体43の端面43aは、ベーン40の翼端面45上流側に設けられるように、例えば径方向一端が支持軸42を包含し、径方向他端がベーン40先端と略一致する大きさとなっており、円柱体43の径がベーン40の長手方向の長さの略半分となっている(図2参照)。このため、ベーン40の上流側では、シュラウド3との間でクリアランスが零になり、排気ガスが少なくともベーン40の上流側においてシュラウド3側から漏出することがない。
The
タービンインペラ2内を流れる流量はハブ側<シュラウド側であり、タービンインペラ2はシュラウド側でより多くの仕事を取り出している。このことから、ノズルのクリアランスより漏出するガスがタービンインペラ2の性能へ与える影響はシュラウド3側でより大きなものとなると考えられる。
The flow rate flowing through the
そこで本発明は、ベーン40のシュラウド3側の翼端面45の上流側に円柱体43を密着して設けて、ベーン40のシュラウド3側に壁を構成することでクリアランスを零にしてタービン効率の低下を抑制している。
Therefore, the present invention provides a
この円柱体43をシュラウド3のフランジ部31に嵌装するために、前記した環状支持部材32には凹部32aが形成されている。凹部32aは、後述するように円柱体43が支持軸42を中心に回動しながら移動できるように、断面長円(楕円)形状となっている。
In order to fit the
なお、支持部材43は製造が容易な円柱体が好ましいが、円柱体に限らず多角形状の柱体でもよい。
The
また、ベーン40の翼端面45の全域をカバーする大きさの円柱体43を設けると、隣接するベーン40の翼端面45と干渉するため、円柱体43は翼端面45の上流側をカバーする大きさとしている。
Further, when the
ハブ14に回動自在に支持されている支持軸41の突出端には、操作機構6が連結され、操作機構6は図示しないアクチュエータ等によって駆動される。操作機構6が駆動されることによって支持軸41が回動され、各ベーン40が支持軸41,42を中心に連動して回動するようになっている。
The operating mechanism 6 is connected to the protruding end of the
操作機構6によって各ベーン40が回動された状態を図3、図4に示す。
The state where each
図3(A)で示す可変ノズル4は、ベーン40,40間のスロート幅W1を狭めて可変ノズル4の開度を最小とした場合であり、図4(A)で示す可変ノズル4は、ベーン40,40間のスロート幅W2を広げて可変ノズル4の開度を最大とした場合を示している。
The variable nozzle 4 shown in FIG. 3A is a case where the throat width W1 between the
可変ノズル4を、図3(A)で示す小開度から図4(A)で示す大開度に変えるとき、あるいは図4(A)で示す大開度から図3(A)で示す小開度に変えるとき、円柱体43は図3(B)あるいは図4(B)で示すように支持軸41,42の軸心41aを中心にして反時計方向あるいは時計方向へ回動しながら移動することになり、凹部32aは円柱体43の移動を許容できるように、断面長円(楕円)形状となっている。
When changing the variable nozzle 4 from the small opening shown in FIG. 3 (A) to the large opening shown in FIG. 4 (A), or from the large opening shown in FIG. 4 (A) to the small opening shown in FIG. 3 (A). 3B, the
以下、本実施形態による過給機の可変ノズル4の作用について説明する。 Hereinafter, the operation of the variable nozzle 4 of the supercharger according to the present embodiment will be described.
外部よりスクロール通路12に流入した排気ガスは、環状ガス流路15、可変ノズル4を経て増速されてタービンインペラ2に流入し、タービンインペラ2を回転し、排気口13より排気される。
Exhaust gas that has flowed into the
エンジンの回転数が低く、排気ガス流量が少ないときには、可変ノズル4は、図3(A)に示すようにベーン40,40間のスロート幅W1を狭めて小開度とし、排気ガスの流れを増速してタービンインペラ2の回転を高速にして過給効率を上げる。
When the engine speed is low and the exhaust gas flow rate is small, the variable nozzle 4 reduces the throat width W1 between the
このとき、ベーン40のシュラウド3側の翼端面45に少なくとも翼端面45の一部(上流側)と密着する円柱体43を設けているため、ベーン40のシュラウド3側は、円柱体43の端面43aと密着した壁が構成されることになり、ベーン40の上流側にはシュラウド3側との間にクリアランスが形成されず、排気ガスがベーン40の上流側においてシュラウド3側から漏出することがない。
At this time, since the
また可変ノズル4が、シュラウド3側とハブ14側との圧力のバランスでハブ14側に移動したとしても、ベーン40と共にこれに密着された円柱体43も移動するため、シュラウド3側には、ベーン40の翼端面45の上流側と円柱体の端面43aとの間にクリアランスが生じることがない。
Even if the variable nozzle 4 moves to the
特にタービンは、排気ガス流量が少なく、ベーン40が小開度(図3の状態)の場合に、排気ガスがシュラウド3側のクリアランスから生じる漏れ流れが、タービンの効率を著しく悪化させている。
In particular, in the turbine, when the exhaust gas flow rate is small and the
本発明によれば、ベーン40の翼端面45における上流側では、シュラウド3側でのクリアランスが零になり、排気ガスは、図2(A)及び図3(A)の矢印bのごとくベーン40の翼端面45上流側と円柱体43の端面43aとの密着部に遮られてベーン40を横切ることがなく、排気ガスが少なくともベーン40の上流側においてシュラウド3側から漏出することがない(矢印aはベーン40表面に沿った流れである)。すなわち、ベーン40の翼端面45上流側におけるスロート近傍の排気ガスの流れ(矢印a)を阻害しない。
According to the present invention, on the upstream side of the
このように本発明によれば、ベーン40のシュラウド3側の翼端面45に少なくとも翼端面45の一部と密着する支持部材43を設けて、漏れ流れが生じる箇所を減らすことで、これまで問題とされていた小流量時におけるシュラウド3側からの漏れを減少させることができる。
As described above, according to the present invention, the
1 過給機
2 タービンインペラ
3 シュラウド
4 可変ノズル
6 操作機構
10 タービンケース
12 スクロール通路
13 排気口
14 ハブ
15 環状ガス流路
20 回転軸
30 円筒部
31 フランジ部
31a 環状凹部
32 環状支持部材
32a 凹部
40 ベーン
41,42 支持軸
43 支持部材(円柱体)
43a 端面
45 翼端面
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記各ベーンのシュラウド側の翼端面に少なくとも翼端面の一部と密着する支持部材を設けたことを特徴とするタービンの可変ノズル構造。 A vane formed in the turbine case so as to span between the shroud of the turbine case and the hub is supported by a support shaft so as to be spaced apart in the circumferential direction. A variable nozzle structure of a turbine provided with a plurality,
A variable nozzle structure for a turbine, wherein a support member that is in close contact with at least part of the blade end surface is provided on a blade end surface on the shroud side of each vane.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010033800A JP2011169233A (en) | 2010-02-18 | 2010-02-18 | Variable nozzle structure of turbine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010033800A JP2011169233A (en) | 2010-02-18 | 2010-02-18 | Variable nozzle structure of turbine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2010033800A Pending JP2011169233A (en) | 2010-02-18 | 2010-02-18 | Variable nozzle structure of turbine |
Country Status (1)
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2010
- 2010-02-18 JP JP2010033800A patent/JP2011169233A/en active Pending
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